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1. Gebiet der Erfindung. Diese Erfindung
bezieht sich auf Vorrichtungen und Verfahren zum Testen von statischen
und kinetischen Reibungskoeffizienten bzw. Reibungszahlen von Blattmaterial
und genauer auf eine automatisierte, horizontale, ebene Vorrichtung
zum Testen von statischen und kinetischen Reibungszahlen von Blattmaterial
und Verfahren, die sich darauf beziehen.
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2. Beschreibung des Standes der Technik. Es
kann geschätzt
werden, daß die
Bestimmung von Reibungscharakteristika bzw. -merkmalen von Blattmaterialien,
wie Papier, Folien, Gummi, Kunststoffen, Holz, Linoleum und Beschichtungen
kritisch für
eine Auswertung der Bearbeitbarkeit der Blattmaterialien in Verfahren
und durch den Endkonsumenten ist. Beispielsweise sind Papier-Fotokopiemaschinen
mit Walzen und Papierzufuhrmechanismen ausgebildet, welche ausgebildet
bzw. konstruiert sind, um gemeinsam bzw. im Zusammenwirken Papierblätter zuzuführen, die
Reibungskoeffizienten bzw. Reibungszahlen innerhalb vorbestimmter
Bereiche aufweisen. Wenn die Reibungszahlen außerhalb dieser Bereiche sind,
kann die Fotokopiermaschine versagen, die Papierblätter zuzuführen oder
kann die Papierblätter unregelmäßig zuführen. Als
ein zweites Beispiel müssen
Linoleumfolien bzw. -blätter,
die als Boden bzw. Bodenbelag verwendet werden, mit bestimmten Reibungscharakteristika
ausgebildet sein, welche es einer Person ermöglichen, komfortabel und sicher darauf
zu gehen.
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Horizontale, ebene Testvorrichtungen
bzw. Testvorrichtungen mit horizontaler Ebene wurden im Stand der
Technik ent wickelt, um statische und kinetische Reibungskoeffizienten
von Blattmaterialen zu testen. Die Vorrichtungen gemäß dem Stand
der Technik umfassen eine horizontale Platte bzw. Auflageplatte
mit einem Klemmechanismus zum starren Festlegen einer Probe des
Blattmaterials auf der Platte. Typischerweise werden Reibungs- bzw.
Friktionskoeffizienz-Testvorrichtungen verwendet, um die Reibungskoeffizienten
zwischen zwei Proben desselben Blattmaterials zu testen, obwohl
die Reibungskoeffizienten zwischen zwei unterschiedlichen Blattmaterialien
auch überprüft bzw.
getestet werden können.
Eine zweite Probe von Blattmaterial ist auf einer planaren Ebene
eines Schlittens festgelegt. Der Schlitten ist ein allgemein parallelepipedisch
geformter Block, der ein vorbestimmtes Gewicht besitzt. Im Stand
der Technik wird der Schlitten händisch
auf der Auflageplatte angeordnet, wobei die zwei Proben von Blattmaterial
in gegenüberliegendem
Eingriff an einem Ende der ersten Probe des Blattmaterials sind. Der
Schlitten wird über
wenigstens einen Teil bzw. Abschnitt der Länge der ersten Probe von Blattmaterial
mit einer konstanten Geschwindigkeit entlang einer einzelnen, linearen
Achse angetrieben und eine Lastzelle bzw. Meßdose ist mit dem Schlitten
gekoppelt, um die Kraft zu messen, die zu jeder Zeit für den Antrieb
des Schlittens über
die Länge
des Blattmaterials erforderlich ist. Das Datenerfassungssystem erhält Daten,
die durch die Meßdose
gemessen sind und berechnet statische und kinetische Reibungszahlen
für die
Zwischen- bzw. Grenzfläche
der zwei Proben von Blattmaterial. Der statische Koeffizient ist ein
Indikator des Grads an Kraft, die erforderlich ist, um zu Beginn
den Schlitten von einer stationären
Position in einer einzelnen Koordinatenrichtung zu bewegen oder "zu gleiten", und wird somit
während dem
anfänglichen
Teil des Tests berechnet, wobei der Schlitten bewegungslos auf der Platte
aufruht. Der Wert des statischen Koeffizienten wird durch Dividieren
der Größe der erforderlichen
Kraft zum anfänglichen
Bewegen des Schlittens durch das Gewicht des Schlittens berechnet.
Im Gegensatz dazu ist der kinetische Koeffizient ein Indikator des
Grads einer Kraft, die erforderlich ist, um eine Bewegung des Schlittens
in einer einzelnen Koordinatenrichtung fortzusetzen, wobei der Schlitten
bereits in Bewegung ist. Während
dem Test kann der kinetische Koeffizient bestimmt werden, sobald
der Schlitten sich in Bewegung befindet, und wird durch Dividieren
der Größe der Kraft,
die für
ein Fortsetzen der Bewegung des Schlittens erforderlich ist, durch
das Gewicht des Schlittens berechnet.
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Ein Beispiel einer horizontalen,
ebenen Testvorrichtung des statischen und kinetischen Reibungskoeffizienten
gemäß dem Stand
der Technik wird unter dem Handelsnamen "MONITOR/SLIP & FRICTIONTM durch
Testing Machines, Inc. in Islandia, New York verkauft.
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Die Vorrichtung gemäß dem Stand
der Technik leidet an zahlreichen Nachteilen. Zuerst resultiert die
händische
Anordnung des Schlittens auf der Auflagerplatte in Testfehlern und
einem Fehlen einer Testwiederholbarkeit aufgrund von unterschiedlichen Kräften, die
auf die Grenzfläche
der getesteten Proben der Blattmaterialien durch einen Betätiger oder durch
Betätiger
der Vorrichtung aufgebracht werden. Ein geringer Unterschied in
dem Ausmaß der
Kraft, die beim Anordnen des Schlittens auf der Auflagerplatte angewandt
wird, größer oder
kleiner, kann sich in ein entsprechend größeres oder kleineres Eingreifen
der miteinander in Eingriff stehenden Oberflächen der Proben übertragen,
mit entsprechenden Anstiegen oder Verringern der gemessenen Werte der
statischen Reibungscharakteristika der Proben. Folglich wären Fehler
in den Meßdaten
ausgebildet. Weiters wird, selbst mit einer Vorrichtung, welche
genau Koeffizienten mißt,
die Größenordnung
bzw. Größe der Reibungskoeffizienten
von Test zu Test derselben Proben aufgrund der Unterschiede in den Drücken variieren,
die beim Anordnen des Schlittens für jeden Test angewandt sind.
Als solches ist die Bestimmung der tatsächlichen Koeffizienten eines
Blattmaterials sehr schwierig, was ein wiederholtes Testen desselben
Blattmaterials und eine intensive Überprüfung von derartigen Testergebnissen
erfordert. So besteht hier ein Erfordernis für eine Testvorrichtung, welche
statische und kinetische Reibungskoeffizienten eines Blattmaterials
mit wiederholter Genauigkeit messen kann. Es sollte festgehalten werden,
daß eine
absolute Testwiederholbarkeit nicht erforderlich ist, wenn exakte
Testergebnisse dupliziert werden; jedoch sollten Testergebnisse
sich innerhalb eines statistisch akzeptablen Bereichs wiederholen.
Wie dies hier verwendet wird, beziehen sich "wiederholbar" und "Wiederholbarkeit" auf Testergebnisse, die erhalten sind,
und auf die Fähigkeit, Testergebnisse
jeweils von denselben Proben zu erhalten, welche innerhalb von statistisch
akzeptablen Bereichen zueinander fallen.
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Zweitens kann eine händische
Anordnung des Schlittens auf der Platte in einer Fehlausrichtung des
Schlittens relativ zu der Auflagerplatte resultieren. Da die Kraft,
die verwendet wird, um die statischen und kinetischen Reibungskoeffizienten
zu bestimmen, linear auf den Schlitten entlang einer einzigen Achse
aufgebracht wird, muß,
um wiederholbare Testmessungen eines statischen Reibungskoeffizienten
zu erhalten, der Schlitten auf dieselbe Weise relativ zu der linearen
Achse der Kraft für
jeden Test ausgerichtet werden. Eine händische Anordnung des Schlittens
resultiert oft in einer Fehlausrichtung mit den erwarteten, verzerrten
Ergebnissen und einem Fehlen bzw. Mangel von Testwiederholbarkeit.
Die lineare Kraft wird auch typischerweise durch einen einzelnen
Punkt, der mit dem Schlitten koppelt, aufgebracht, Wenn der Schlitten
nicht vollständig
koaxial mit der Achse der linearen Kraft ausgerichtet ist, wirkt die
Kopplung als ein Drehpunkt, um welchen sich der Schlitten geringfügig in Ausrichtung
mit der linearen Achse während
einer anfänglichen
Bewegung dreht. Die Rotationsbewegung des Schlittens relativ zu
der Auflageplatte bildet Widerstandsreibungskräfte in zwei Koordinatenrichtung,
wobei eine Koordinatenrichtung parallel zu der linearen Achse ist
und die zweite Koordinatenrichtung senkrecht auf die lineare Achse
ist. Da die Reibungskoeffizienten relativ zu dem Grad bzw. dem Ausmaß an Kraft
bestimmt wird, die erforderlich ist, um den Schlitten in einer Koordinatenrichtung
zu bewegen, verzerren die zusätzlichen
Reibungskräfte,
die in der zweiten Koordinatenrichtung generiert bzw. erzeugt werden,
die Testergebnisse. Es kann erkannt bzw. geschätzt werden, daß eine händische
Anordnung des Schlittens auf der Auflageplatte häufig in einer Fehlausrichtung
des Schlittens relativ zu der Platte und einer daraus folgenden
geringen Rotationsbewegung des Schlittens resultiert, welche in
einem Fehlen von Wiederholbarkeit bei Tests und in ungenauen Reibungskoeffizient-Messungen
resultiert.
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Drittens ist ein Mechanismus zum
Steuern bzw. Regeln der Verweilzeit des Schlittens auf der Platte
relativ zu dem tatsächlichen
Start des Tests nicht in der Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik vorhanden.
Sobald der Schlitten händisch
auf die Platte aufgebracht ist, muß die Vorrichtung gemäß dem Stand
der Technik händisch
betätigt
werden.
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Jedoch beeinflußt die Verweilzeit, das Ausmaß an Zeit,
die der Schlitten auf der Platte vor dem Beginn eines Tests aufruht,
das Ergebnis des Test. Bei bestimmten Materialien kann ein "Blockieren", welches ein zusätzlicher
Widerstand gegenüber
einer Bewegung über
die Reibung hinaus ist, als ein Ergebnis eines molekularen Anhaftens
zwischen den getesteten Materialien auftreten, das durch eine übermäßige Verweilzeit
bewirkt wird. Während
derartiger Tests müssen
Kräfte,
die auf den Schlitten aufgebracht sind, nicht nur die Reibung sondern
auch eine molekulare Anhaftung überwinden
und folglich werden die Testergebnisse verzerrt. Wenn eine ungeeignete
Größe der Verweilzeit
vorliegt, kann Luft, die zwischen den zwei Proben von Blattmaterial
eingeschlossen ist, nicht Gelegenheit besitzen auszutreten, und
eine Luftschicht kann zwischen den zwei Proben während dem Testen eingeschlossen
sein. Die Luftschicht wird als eine Dämpfung bzw. ein Kissen wirken
und die Reibungskräfte,
die zwischen den zwei Proben ausgebildet werden, absenken. Es wurden
Versuche in dem Stand der Technik gemacht, händisch die Verweilzeit zu beobachten,
um eine Wiederholbarkeit der Testergebnisse zu erreichen. Ebenso
wie bei der händischen
Anordnung des Schlittens auf der Platte ist die händische
Messung der Verweilzeit durch menschliche Fehler beeinflußt, was
in einem Versagen beim Erhalten einer Testwiederholbarkeit resultiert.
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Viertens sind horizontale ebene Reibungskoeffizient-Testvorrichtungen
gemäß dem Stand
der Technik konfiguriert, um den Schlitten während des Verlaufs des Tests
mit einer einzigen Geschwindigkeit vom Beginn bis zum Ende anzutreiben.
Jeder Testlauf umfaßt
zwei Abschnitte, einen anfänglichen Testabschnitt
des statischen Koeffizienten und einen nachfolgenden Testabschnitt
des kinetischen Koeffizienten. Das gemeinsame Ende des ersten Abschnitts
des Tests und der Beginn des zweiten Abschnitts des Tests ist ein
momentaner Punkt in der Zeit, bei welcher der Schlitten sich anfangs
relativ zu der Platte bewegt. Die Verwendung einer konstanten Testgeschwindigkeit
ist für
ein Bestimmen des kinetischen Reibungskoeffizienten geeignet, jedoch
kann die konstante Geschwindigkeit zu Ungenauigkeiten beim Bestimmen
des statischen Reibungskoeffizienten führen. Mit der Anwendung der
konstanten Geschwindigkeitsrate vom Beginn des Tests wird ein Stoß oder Schlag
auf den Schlitten zu Beginn aufgebracht, welcher Kraftablesungen,
die während
der Phase des statischen Koeffiziententests gesammelt werden, verzerren
kann. Auch wird mit einer konstanten Testgeschwindigkeit die Kraft
auf den Schlitten mit einer konstanten Rate aufgebracht. Da ein
Sammeln von Daten, welche sich auf den momentanen Beginn der Anfangsbewegung
des Schlittens beziehen, für
eine Bestimmung des statischen Reibungskoeffizienten wesentlich
ist, ist eine langsame Geschwindigkeit und somit eine langsame Rate
eines Aufbringens von Kraft bevorzugt, um eine genaue Messung von
vergangenen Daten sicherzustellen. Da jedoch auch die Größe der Zeit
für ein
Durchführen
eines Test ein Faktor ist, werden Vorrichtungen typischerweise so
konfiguriert, um mit einer konstanten Geschwindigkeit zu laufen,
was eine Rate einer Kraftaufbringung größer als die zuvor erwähnte, bevorzugte
Rate mit sich bringt. Wiederholte Testläufe mit einer konstanten Geschwindigkeit,
die niedrig genug ist, um genaue Messungen des statistischen Reibungskoeffizienten
sicherzustellen, kann insgesamt zu zeitaufwändig in einer kommerziellen
Umgebung sein.
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Fünftens
verwenden die Vorrichtung gemäß dem Stand
der Technik starre Kupplungssysteme, welche nicht auf die zwei Abschnitte
des Testverfahrens adaptierbar sind. Eine starre Kupplung ist für den Testabschnitt
des kinetischen Koeffizienten bevorzugt, welcher eine konstante Übertragung
der Antriebskraft auf den Schlitten ermöglicht, wohingegen im Gegensatz
dazu eine gewisse Elastizität
in der Kopplung für
den statischen Koeffizientenabschnitt des Tests bevorzugt ist. Eine
elastische Kupplung würde
es ermöglichen,
daß eine
Last bzw. Belastung graduell, eher als abrupt auf dem Schlitten
aufgebracht wird.
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Ein sechster Nachteil in dem Stand
der Technik ist die Rückwärtsbewegung
bzw. -translation des Schlittens relativ zu der Platte aufgrund
der händischen
Anordnung und/oder Entfernung des Schlittens von der Auflagerplatte.
Wie dies oben beschrieben ist, wird vor einem Testlauf in dem Stand
der Technik der Schlitten händisch
auf der Auflagerplatte angeordnet. Jedoch wird der Schlitten häufig auf
die Platte mit einer nachfolgenden Bewegung des Schlittens in einer
entgegengesetzten Richtung von der Richtung angeordnet, in welcher
der Schlitten während
dem Testlauf zu bewegen bzw. zu verschieben ist. Als ein Ergebnis
bewirkt die Reibung zwischen den ineinander eingreifenden Kräften der
Proben des Blattmaterials, daß die
Körner
auf den Oberflächen der
Proben in die entgegengesetzte Richtung gezwungen bzw. beaufschlagt
werden, Da mehrere Tests häufig
an denselben Proben von Blattmaterial durchgeführt werden, unterminiert bzw.
beeinflußt
die gestörte
Körnung
der Probenoberflächen
die Wiederholbarkeit der Testergebnisse. Weiters kann eine händische
Entfernung des Schlittens von der Auflagerplatte nach einem Testlauf
auch eine Rückwärtsbewegung
des Schlittens relativ zu der Platte und die weitere Störung des
Korns der Probenoberflächen bewirken.
Um eine Testwieder holbarkeit zu erhöhen, sollte ein "Rückwärtsgleiten" des Schlittens relativ zu der Platte
vermieden werden.
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Es ist ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, eine Reibungskoeffizienten-Testvorrichtung mit horizontaler
Ebene zur Verfügung
zu stellen, welche die Nachteile der Vorrichtung gemäß dem Stand
der Technik vermeidet bzw. überwindet
und statische und kinetische Reibungskoeffizienten bzw. Reibungszahlen
wiederholbar mißt.
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Es ist auch ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, eine Reibungskoeffizienten-Testvorrichtung mit horizontaler
Ebene zur Verfügung
zu stellen, welche ein automatisiertes, wiederholbares Anheben und
Absenken eines Schlittens zur Verfügung stellt.
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Es ist auch ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, eine Testvorrichtung für einen Reibungskoeffizienten
zur Verfügung
zu stellen, welche ein ordnungsgemäßes Ausrichten des Schlittens
relativ zu der Auflageplatte der Vorrichtung sicherstellt.
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Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung, eine Reibungskoeffizienten-Testvorrichtung mit horizontaler
Ebene zur Verfügung
zu stellen, welche mit mehr als einer Geschwindigkeit während eines
einzigen Tests arbeitet und mit einer halbstarren Kopplung für den Schlitten
versehen ist, welche auf die Betätigungsgeschwindigkeit
der Vorrichtung reagiert.
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Ein noch weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche eine
Ver weilzeit des Schlittens auf der Platte überwacht und Testläufe am Ende
von vorbestimmten Verweilzeiten beginnt.
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Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung, eine Reibungskoeffizienten-Testvorrichtung mit horizontaler
Ebene zur Verfügung
zu stellen, welche eine Translation des Schlittens vor und nach
einem Testlauf in einer Richtung entgegengesetzt zu der Testrichtung
verhindert.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die oben erwähnten Ziele können durch
einen neue und verbesserte Reibungskoeffizienten-Testvorrichtung
mit horizontaler Ebene erfüllt werden.
Die Vorrichtung umfaßt
eine im wesentliche ebene, horizontale Auflagerplatte bzw. Platte,
die mit zwei beabstandeten, parallel bewegbaren Schienen und einem
Klemmechanismus versehen ist. Die Schienen werden durch einen Motor
betätigt,
der für ein
reversibles Anheben und Absenken der Schienen relativ zu der Platte
adaptiert ist. Ein Schlitten ist vorgesehen, der einen zentralen
Körper,
der dem Schlitten gemäß dem Stand
der Technik ähnelt,
und zwei Paare von sich nach auswärts erstreckenden Achsen aufweist,
wobei ein Paar der Achsen sich von jeder Seite des Schlittens mit
gleicher Länge
erstreckt und wobei jede Achse ein Rad aufweist, das drehbar an dem
Ende derselben festgelegt ist. Ein Antriebsarm ist in der Vorrichtung
zum Ziehen des Schlittens während
einem Testlauf inkludiert bzw. umfaßt.
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Die Räder des Schlittens sind für einen
Eingriff mit den Schienen ausgebildet. Mit den Rädern, die in die Schienen eingreifen,
sind die Seiten des Schlittens allgemein parallel zu den Schienen.
Im Betrieb wird eine Probe eines Blattmaterials auf dem Schlitten
festgelegt. Die Reibungscharakteristika bzw. -merkmale der Probe
können
in bezug auf ein Testmedium getestet werden, welches eine zweite Probe
von Blattmaterial, das auf der Platte durch den Klemmechanismus
festgelegt ist, die nackte Platte oder eine Flüssigkeit sein könnte. Der
Schlitten ist auf den Schienen angeordnet, wobei die Schienen sich in
einer angehobenen Position befinden, und nachfolgend werden die
Schienen abgesenkt, um den Schlitten vorsichtig bzw. sanft auf die
Probe, die auf der Platte festgeklemmt ist, auf die pure Platte
oder in Kontakt mit der Flüssigkeit
anzuordnen. Ein automatisiertes Absenken des Schlittens auf Probe/Platte stellt
eine wiederholte Anordnung des Schlittens mit demselben Ausmaß an Anordnungskraft
sicher und der Eingriff der Räder
und der Schienen stellt eine wiederholte, ordnungsgemäße Ausrichtung
des Schlittens relativ zu der Platte sicher. Ein Zeitsteuermechanismus
kann vorgesehen sein, um die Verweilzeit von dem Moment zu messen,
wo die Schienen gesenkt werden, wobei der Schlitten auf Probe/Platte angeordnet
ist, und ein Signal zu erzeugen, um einen Testlauf bei einem Verstreichen
der vorbestimmten Verweilzeit zu beginnen.
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Sobald der Testlauf begonnen ist, übt ein Antriebsarm
eine Antriebskraft auf den Schlitten aus. Der Antriebsarm ist mit
dem Schlitten durch eine halbstarre Kupplung gekuppelt. Spezifisch
ist der Schlitten mit einem nach unten gerichteten Kupplungselement
bzw. -glied ausgebildet, das ausgebildet ist, um mit einem Innenkanal
einer rohrförmige viskoelastischen
Hülse bzw.
Manschette, die in einer Öffnung
des Antriebsarms vorgesehen ist, zusammenzupassen bzw. übereinzustimmen.
Zum Beginn des Testlaufs ist das Kupplungsglied zentral in dem Kanal
der viskoelastischen Hülse
angeordnet, wobei kein Kontakt zwischen dem Kupplungsglied und der Hülse bzw.
Muffe besteht. Beim Betätigen
des Antriebsarms bewegt sich der Antriebsarm mit einer relativ langsamen
konstanten Geschwindigkeit bzw. Rate. Mit der Bewegung des Antriebsarms
gelangt das Kupplungsglied in Preßkontakt mit der Hülse. Das
viskoelastische Material der Hülse
ist derart ausgewählt,
daß eine
geringe Deformation der Hülse aufgrund
des Preßkontakts
des Kupplungsglieds darauf erreicht wird. Als ein Ergebnis der Deformation der
Hülse wird,
obwohl sich der Antriebsarm mit einer konstanten Geschwindigkeit
bewegt, die Kraft stufenweise bzw. zunehmend auf den Schlitten aufgebracht.
Ein Lastsensor ist an dem Antriebsarm festgelegt, um Echtzeit-Kraftdaten
in bezug auf den Schlitten zu sammeln. Die Echtzeitdaten, die durch den
Lastsensor gesammelt sind, werden an eine zentrale Verarbeitungseinheit
für eine
Datenauswertung übermittelt.
Die Länge
der Zeit der Testphase des statischen Koeffizienten des Testlaufs
ist vorab bestimmt. Die zentrale Verarbeitungseinheit ist konfiguriert,
um die Testphase des kinetische Koeffizienten des Testlaufs nach
Ablauf der vorbestimmten Zeitdauer zu beginnen. In der Testphase
der kinetischen Koeffizienten des Testlaufs wird die Geschwindigkeit des
Antriebsarms erhöht
und bei der erhöhten
Geschwindigkeit bis zum Ende des Testlaufs gehalten. Echtzeitdaten
werden kontinuierlich durch den Lastsensor gesammelt und durch die
zentrale Verarbeitungseinheit ausgewertet.
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Auf diese Weise ermöglicht die
Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, daß die Phase des statischen
Reibungskoeffizienten des Tests bei einer relativ langsamen Geschwindigkeit
arbeitet und die Phase des Test des kinetischen Reibungskoeffizienten
mit einer höheren
Geschwindigkeit arbeitet, wodurch es ermöglicht wird, daß geeignete
Daten innerhalb eines akzeptablen Testlauf-Zeitrahmens erhalten
werden.
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Der Lastsensor mißt Kraftwerte über eine Anzahl
von Positionen, wenn sich der Schlitten entlang der Länge des
Testlaufs bewegt. Die zentrale Verarbeitungseinheit sammelt die
gemessenen Daten und berechnet die Reibungskoeffizienten. Wenn der
Schlitten sich dem Ende des Testlaufs nähert, betätigt die zentrale Verarbeitungseinheit
den reversiblen Anhebemechanismus der Schienen und die Schienen
werden in die obere Position angehoben. Die Schienen werden veranlaßt sich
anzuheben, wobei sich der Schlitten nach vorwärts bewegt, so daß der Schlitten
die Vorwärtsbewegung
fortsetzt, wobei die Schienen angehoben sind, und ein "Rückwärtsgleiten" des Schlittens ist insgesamt bzw. vollständig vermieden.
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Das viskoelastische Material der
Hülse ist derart
ausgewählt,
daß eine
geringe Deformation bzw. Verformung der Hülse während einem Beginn des Testlaufs
erreicht wird, wobei die Antriebskraft zu Beginn aufgebracht wird,
und sobald sie geringfügig deformiert
ist, ist die Hülse
ausreichend steif, um eine weitere Deformation zu vermeiden bzw.
zu verhindern. Daher stellt die viskoelastische Hülse eine Elastizität während des
Abschnitts des Test des statischen Reibungskoeffizienten des Testlaufs
und eine wesentliche Steifigkeit während dem Abschnitt des Testlaufs
des kinetischen Reibungskoeffizienten zur Verfügung.
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In einer alternativen Ausbildung
kann ein Antirutscharm gelenkig mit dem Antriebsarm verbunden sein.
Der Antirutscharm kann ausgebildet sein, um mit dem Schlitten zu
kooperieren, um eine ordnungsgemäße Ausrichtung
des Schlittens mit dem Kopplungsglied des Schlittens sicherzustellen,
das zentral in dem Kanal der viskoelastischen Hülse am Beginn eines Testlaufs
angeordnet ist. Weiters kann der Antirutscharm Führungsstifte zum Begrenzen
einer Fehlausrichtung des Schlittens während des Testlaufs umfassen.
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Zusätzlich kann die Platte mit
einem eingesetzten Heizmechanismus versehen sein, welcher die Temperatur
der Platte und jedes Testmediums, welches darauf angeordnet sein
kann, anheben kann. Mit der Fähigkeit,
das Medium zu erhitzen, erlaubt es die Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung nicht nur einem Betätiger,
die Wirkung von Wärme
auf die Reibungscharakteristika der Probe aus Blattmaterial bestimmen,
sondern der Betätiger kann
allgemein die Wirkung von Wärme
auf die Probe betrachten.
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Diese und andere Merkmale der vorliegenden
Erfindung werden durch eine Überprüfung der folgenden,
detaillierten Beschreibung und der beiliegenden Zeichnungen verstanden
werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Draufsicht auf die erste Ausbildung der gegenständlichen
Erfindung, wobei Teile derselben schematisch dargestellt sind.
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2 ist
eine Seitenaufrißansicht
der ersten Ausbildung der vorliegenden Erfindung, wobei sich die
Schienen und der Schlitten in einer angehobenen Position befinden.
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3 ist
eine Seitenaufrißansicht
der ersten Ausbildung der vorliegenden Erfindung, wobei sich die
Schienen in einer abgesenkten Position befinden und der Schlitten
auf der Platte aufruht.
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4a–4c sind Teilansichten von
drei gesonderten Ausbildungen der Räder des Schlittens der vorliegenden
Erfindung.
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5 ist
eine Seitenaufrißansicht
der Ausbildung der vorliegenden Erfindung, die mit einem Antirutscharm
versehen ist, wobei sich die Schienen und der Schlitten in einer
angehobenen Position befinden.
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6 ist
eine Seitenaufrißansicht
der Ausbildung der vorliegenden Erfindung, die mit einem Antirutscharm
versehen ist, worin sich die Schienen in einer abgesenkten Position
befinden und der Schlitten auf der Platte aufruht.
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7 ist
eine teilweise Rückaufrißansicht der
Ausbildung der vorliegenden Erfindung, die mit einem Antirutscharm
versehen ist, wobei die Brücke des
Schlittens zwischen den Führungsstiften
des Antirutscharms zwischengelagert ist.
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8 ist
eine Seitenaufrißansicht
der zweiten Ausbildung der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSBILDUNGEN
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Allgemein bezugnehmend auf die Figuren wird
eine Vorrichtung 10 zum Testen der statischen und kinetischen Reibungszahl
bzw. Reibungskoeffizienten der Grenzfläche bzw. Zwischenfläche eines Testmediums
und einer Probe eines Blattmaterials 14 zur Verfügung gestellt.
In der ersten Ausbildung der Erfindung dient die Vorrichtung 10
zum Testen des statischen und kinetischen Reibungskoeffizienten
der Grenzfläche
zwischen zwei Proben von Blattmaterial 12, 14.
Die Proben 12, 14 können dasselbe Blattmaterial
sein oder alternativ aus zwei unterschiedlichen Blattmaterialien
bestehen. Die Vorrichtung 10 umfaßt allgemein eine Platte bzw.
Auflagerplatte 16, einen Schlitten 18, einen Antriebsarm
20, einen
Lastsensor 22 und eine zentrale Verarbeitungseinheit 24.
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Die Platte 16 ist allgemein
planar und horizontal. Die Platte 16 muß horizontal so sein, daß das Gewicht
des Schlittens 18 eine Kraft normal auf die Platte 16 ausbildet.
Beim Berechnen der Reibungskoeffizienten wird angenommen, daß das Gewicht des
Schlittens 18 eine senkrechte Kraft ist, die auf die Platte 16 wirkt,
und jede Fehlausrichtung der Platte 16 von einer horizontalen
Ebene die Testergebnisse stören
wird. Die Platte 16 ist vorzugsweise mit einer rechteckigen
bzw. rechtwinkeligen Form ausgebildet. An einem Ende der Platte 16 ist
eine Klammer 26 vorgesehen, um starr bzw. fest die erste
Probe des Blattmaterials 12 an der Platte 16 festzulegen.
Die Klammer bzw. Klemme 26 kann jedes übliche Design aufweisen. Figuren
zeigen eine exemplarische Ausbildung der Klammer 26, worin
ein Klammerkörper 28 zur
Verfügung
gestellt ist, welcher schwenkbar an Sockeln 30, 32 durch
Schwenkzapfen 36 festgelegt bzw. montiert sind. Die Klammer 26 beinhaltet
weiters Beaufschlagungs- bzw. Vorspannungsmittel (nicht dargestellt),
um eine Kante 38 des Klammerkörpers 28 in abstützenden
Kontakt mit der Platte 16 zu beaufschlagen. Die Kante bzw.
der Rand 38 des Klammerkörpers 28 ist von der
Platte 16 getrennt, indem eine Zugkraft auf einen Handgriff 40 aufgebracht wird,
welcher sich von dem Klammerkörper 28 erstreckt.
Die erste Probe des Blattmaterials 12 ist an der Platte 16 festgelegt,
wobei die erste Probe 12 zwischen der Kante 38 des
Klammerkörpers 28 und der
Platte 16 zwischengelagert ist und die Kante 38 zu
der Platte 16 vorgespannt ist.
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Die Platte 16 ist auch mit
einem Paar von beabstandeten, parallelen länglichen Schlitzen 42, 44 ausgebildet.
Eine einzelne Schiene 46, 48 ist bewegbar jeweils
in jedem der Längsschlitze 42, 44 angeordnet.
Reversible Anhebe- und Absenkmittel 50 sind mechanisch
mit den Schienen 46, 48 gekoppelt, um reversibel
die Schienen 46, 48 relativ zu der Platte 16 anzuheben
und abzusenken. Die Schienen 46, 48 müssen gleichzeitig
angehoben und abgesenkt werden.
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Der Schlitten 18 weist ein
bekanntes Gewicht auf und ist mit einem allgemein parallelepipedischen, geformten
Zentralkörper 52 und
einer Mehrzahl von Achsen 54 versehen. Wie dies in 1 gezeigt ist, ist jede
der Achsen 54, welche sich von einer Seite 56, 58 des Schlittens 18 erstreckt,
gleich lang. Bezugnehmend auf 1 sind
die Achsen 54, die sich von der Seite 56 des Schlittens
erstrecken, jeweils mit der Länge "x" ausgebildet, wohingegen die Achsen 54, die
sich von der Seite 58 erstrecken, jeweils mit der Länge "y" ausgebildet sind. Alle Achsen 54 können mit
derselben Länge
ausgebildet sein, worin die Länge "x" gleich der Länge "y" ist.
Die Länge
oder Längen
der Achsen 54 müssen
derart ausgewählt
werden, daß die
Brücke 70 des
Schlittens 18, die unten beschrieben wird, koaxial mit
der Längsachse
ausgerichtet ist, entlang welcher die Kraft auf den Schlitten 18 durch
den Antriebsarm 20 aufgebracht wird. Obwohl die Figuren
vier Achsen 54 zeigen, die sich von dem Schlitten 18 erstrecken,
kann jede Anzahl von Achsen 54 mit dem Schlitten 18 verwendet
werden. Vorzugsweise erstreckt sich eine gleiche Anzahl von Achsen 54 von
der Seite 56 des Schlittens 18 ebenso wie von der Seite
58.
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Ein Rad 60 ist an dem Ende
von jeder der Achsen 54 festgelegt und die Räder 60 sind
vorzugsweise drehbar um die Ach sen 54 festgelegt. Die Räder 60 sind
vorzugsweise für
einen rollenden bzw. Walzeingriff mit den Schienen 46, 48 ausgebildet. Wie
dies in den 4a–4c gezeigt ist, ist jedes
der Räder 60 mit
einer zentralen Nabe 62 und mit wenigstens einen sich in
Umfangsrichtung erstreckenden Rand 64 ausgebildet. Die
Ränder 64 der
Räder 60 stellen
gemeinsam sicher, daß die
Naben 62 in Eingriff mit den entsprechenden Schienen 46, 48 bleiben.
Auch aufgrund eines teilweisen gegenüberliegenden Kontakts der Ränder 64 und
der Schienen 46, 48 stellen die Rändern 64 eine
wiederholbare Ausrichtung der Räder 60 relativ
zu den entsprechenden Schienen 46, 48 sicher,
wodurch eine wiederholbare Ausrichtung des Schlittens 18 relativ
zu der Platte 16 sichergestellt wird. Mit den Achsen 54,
die von jeder der Seiten 56, 58 des Schlittens 18 gleich
lang sind, werden die Achsen 54 die Seiten 56, 58 des Schlittens 18 veranlassen,
daß sie
im wesentlichen parallel zu den Schienen 46, 48 sind.
Auf diese Weise kann der Schlitten 18 wiederholbar in derselben Weise
relativ zu der Platte 16 ausgerichtet werden, so daß unter
einer Antriebskraft der Schlitten 18 entlang eines linearen
Pfads bzw. Wegs translatorisch bewegt und eine Rotationsbewegung,
wie dies bei den Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik gefunden
wird, vermieden wird.
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Der Zentralkörper 52 des Schlittens 18 ist auch
mit einer oberen Oberfläche 66 und
einer Bodenoberfläche 68 ausgebildet.
Eine Brücke 70 ist
an der oberen Oberfläche 66 festgelegt,
von welcher sich ein Kopplungsglied 72 nach unten erstreckt.
Die Bodenoberfläche 68 ist
im wesentlichen eben und ausgebildet, um die zweite Probe des Blattmaterials 14 aufzunehmen.
Die Achsen 54 sind an den entsprechenden Seiten 56, 58
des Schlittens 18 derart angeordnet, daß, wenn der Schlitten 18 auf
einer allgemein ebenen Oberfläche,
wie der Platte 16, angeordnet ist, die Räder 60 nicht
in Kontakt mit der planaren Oberfläche gelangen. Auch sind die
Achsen 54 an den entsprechenden Seiten 56, 58 des Schlittens 18 angeordnet,
um die Bodenoberfläche 68 des Schlittens 18 in
einer allgemeinen parallelen Beziehung zu der Platte 16 anzuordnen,
wobei die Räder 60 in
die Schienen 46, 48 eingreifen.
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Der Antriebsarm 20 ist mechanisch
mit einem Antriebsmechanismus 74 gekoppelt. Der Antriebsmechanismus 74 ist
konfiguriert, um eine lineare Translation des Antriebsarms 20 bei
verschiedenen Translationsgeschwindigkeiten zu bewirken. Der Lastsensor 22 ist
an dem Ende des Antriebsarms 20 festgelegt, wobei sich
die Kopplung 76 davon erstreckt. Die Kopplung 76 ist
mit einer Kupplungsöffnung 78 ausgebildet,
welche eine viskoelastische Hülse 80 aufnimmt,
die einen Innenkanal 82 aufweist, der geringfügig größer als
das Kupplungsglied 72 des Schlittens 18 dimensioniert
ist. Der Pfad, entlang welchem sich die Kupplungsöffnung 78 während einem Testlauf
bewegt, definiert die Längsachse,
entlang welcher eine Kraft auf den Schlitten 18 aufgebracht wird.
Wie dies oben beschrieben ist, ist die Brücke 70 angeordnet,
um allgemein koaxial mit dieser Achse zu sein. Das Kupplungsglied 72 ist
vorzugsweise an einem Punkt entlang der zentralen Mittellinie der
Brücke 70 angeordnet.
Obwohl dies nicht gezeigt ist, kann die Kupplung 76 alternativ
mit dem Kupplungsglied 72 gebildet sein und die Brücke 70 kann
mit der Kupplungsöffnung 78 ausgebildet
sein, die die viskoelastische Hülse 80 darin
angeordnet aufweist. Jedoch muß sich
in dieser alternativen Ausbildung das Kupplungsglied 72 von
der Platte 16 weg erstrecken, um eine gleichzeitige Anordnung
des Schlittens 18 auf den Schienen 46, 48 und
ein teleskopisches Zusammenpassen des Innenkanals 82 der
Hülse
80 mit dem
Kupplungsglied 72 in einer beabstandeten Beziehung zu ermöglichen.
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Mit dem Schlitten 18, der
mit dem Antriebsarm 20 gekoppelt ist und relativ zu der
Platte 16 verschoben wird, wie dies unten beschrieben ist,
sammelt der Lastsensor 22 Echtzeitdaten von Kräften, die
durch die Kupplung 76 übertragen
werden, die erforderlich sind, um eine Translation bzw. Bewegung des
Schlittens 18 relativ zu der Platte 16 zu bewirken. Die
Echtzeitdaten, die durch den Lastsensor 22 gesammelt sind,
werden durch einen Verbinder 84 an die zentrale Verarbeitungseinheit 24 für eine Echtzeitauswertung übermittelt.
Das Gewicht des Schlittens 18 wird in die zentrale Verarbeitungseinheit 24 eingegeben
und die entsprechenden statischen und kinetischen Reibungskoeffizienten
werden unter Verwendung von Verfahren berechnet, die dem Fachmann
gut bekannt sind. Die zentrale Verarbeitungseinheit 24 ist
auch mit den reversiblen Anhebe- und Absenkmitteln 50 über einen
Verbinder 86 und den Antriebsmechanismus 74 über den
Verbinder 88 verbunden. Die zentrale Verarbeitungseinheit 24 ist
konfiguriert, um die reversiblen Anhebe- und Absenkmittel 50 und
den Antriebsmechanismus 74 zu steuern bzw. zu regeln.
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Im Betrieb wird die erste Probe des
Blattmaterials 12 an der Platte 16 durch die Klammer 26 festgelegt.
Die zweite Probe des Blattmaterials 14 ist an der Bodenoberfläche 68 des
Schlittens 18 unter Verwendung von irgendeinem konventionellen
Verfahren, das dem Fachmann bekannt ist, wie Klemmen (nicht dargestellt)
oder Anhaften (nicht dargestellt) festgelegt. Mit den Schienen 46, 48,
die sich in einer angehobenen Position befinden, wie dies in 2 gezeigt ist, wird der
Schlitten 18 mit seinem bekannten Ge wicht auf der Vorrichtung 10 angeordnet,
wobei die Räder 60 in
die Schiene 46, 48 eingreifen. Die Ränder 64 der
Räder 60 gelangen
entsprechend in teilweisen, gegenüberliegenden Eingriff mit den Schienen 46, 48.
Gleichzeitig wird das Kupplungsglied 72 ausgerichtet, um
mit dem Innenkanal 82 der halbsteifen, viskoelastischen
Hülse 80 zusammenzupassen.
In dieser Position wird die zweite Probe des Blattmaterials 14 in
einer beabstandeten, parallelen Beziehung relativ zu der ersten
Probe des Blattmaterials 12, das auf der Platte 16 festgelegt
ist, gehalten. Nachfolgend wird die zentrale Verarbeitungseinheit 24 aktiviert,
welche die reversiblen Anhebe- und Absenkmittel 50 betätigt, und
die Schienen 46, 48 werden relativ zu der Platte 16 abgesenkt.
Wenn die Schienen 46, 48 abgesenkt werden, gelangt
die zweite Probe von Blattmaterial 14 in gegenüberliegenden Eingriff
mit der ersten Probe von Blattmaterial 12, die auf der
Platte 16 festgelegt ist, und das Kupplungsglied 72 paßt teleskopisch
mit dem Innenkanal 82 der halbsteifen, viskoelastischen
Hülse 80 zusammen. Das
Kupplungsglied 72 ist angeordnet, um in dem Innenkanal 82 zu
liegen, so daß kein
Kontakt zwischen dem Kupplungsglied 72 und der halbsteifen,
viskoelastischen Hülse 80 vorliegt.
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Wie dies in 3 gezeigt ist, ruht, wenn sich die Schienen 46, 48 in
einer vollständig
abgesenkten Position befinden, der Schlitten 18 auf der
Platte 16 auf, wobei die Achsen 54 und die Räder 60 von
der Platte 16 beabstandet sind. Danach betätigt die
zentrale Verarbeitungseinheit 24 den Antriebsmechanismus 74,
um den Antriebsarm 20 zu veranlassen, sich relativ zu der
Platte 16 zu verlagern. Ein Zeitgebermittel 90 kann
vorgesehen sein, um die Verweilzeit des Schlittens 18 auf
der Platte 16 zu messen. Die Zeitgebermittel 90 können mit
der zentralen Verarbeitungseinheit
24 durch einen Verbinder 92 verbunden sein
und adaptiert sein, um ein Signal von der zentralen Verarbeitungseinheit 24 zu
erhalten, das die Anordnung des Schlittens 18 auf der Platte 16 anzeigt und
ein Signal an die zentrale Verarbeitungseinheit 24 nach
Ablauf eines vorbestimmten Ausmaßes von Verweilzeit zu übertragen.
Alternativ können
die Zeitgebermittel 90 integral bzw. einstöckig mit
der zentralen Verarbeitungseinheit 24 ausgebildet sein
oder die zentrale Verarbeitungseinheit 24 kann die Funktionen
der Zeitgebermittel 90 ausüben, wodurch das Erfordernis
für die
gesonderten Zeitgebermittel 90 wegfällt.
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Wenn sich der Antriebsarm 20 verschiebt bzw.
bewegt, wird Kraft auf den Schlitten 18 durch die Kupplung 76 übertragen.
Zu Beginn bewirkt der Antriebsmechanismus 74, daß sich der
Antriebsarm 20 mit einer langsamen, konstanten Geschwindigkeit bzw.
Rate bewegt. Die Translation des Antriebsarms 20 veranlaßt das Kupplungsglied 72,
gegen die viskoelastische Hülse 80 zu
pressen. Das viskoelastische Material der Hülse 80 ist derart
ausgewählt,
daß unter
einem geringen Druck sich das viskoelastische Material relativ leicht
komprimiert. Folglich wird die Anfangskraft, die auf die Hülse 80 durch
das Kupplungsglied 72 übertragen
wird, teilweise durch eine Kompression des viskoelastischen Materials
der Hülse 80 absorbiert.
Wenn eine größere Kraft
auf die Hülse 80 durch
das Kupplungsglied 72 aufgebracht wird, widersteht das
viskoelastische Material einer weiteren Kompression und bei dem
Kontaktpunkt zwischen dem Kupplungsglied 72 und der Hülse 80 wird
sie starr. Als ein Ergebnis erlaubt, obwohl sich der Antriebsarm 20 mit
einer langsamen, konstanten Geschwindigkeit bewegt, die Kompression
der Hülse 80 in
vorteilhafter Weise, daß eine
Kraft zu Beginn auf das Kupplungsglied 72 mit einer stufenweise
an steigenden Geschwindigkeit aufgebracht wird. Die Kompression der
Hülse 80 bewirkt,
daß eine
Kraft absorbiert wird, und wenn die Hülse 80 vollständig komprimiert
ist, wird eine Kraft direkt von dem Antriebsarm 20 auf
den Schlitten 18 über
das Kupplungsglied 72 übertragen.
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Der Antriebsarm 20 wird
sich linear mit der langsamen, konstanten Geschwindigkeit für einen vorbestimmten
Zeitraum verschieben, welche die Testphase des Testlaufs für den statischen
Koeffizienten ist. Die Testphase für den statischen Koeffizienten
des Testlaufs erfordert relativ wenig Zeit. Beispielsweise kann,
wenn sich der Antriebsarm 20 mit einer Geschwindigkeit
von 0,4 Zoll/Minute verlagert, die statische Testphase des Testlaufs
nur einige Millisekunden benötigt,
während
welchen der Schlitten 18 in die Bewegung "gleitet". Es kann geschätzt werden,
daß eine
Echtzeitauswertung des statischen Reibungskoeffizienten nicht praktisch
machbar ist. So wird der Zeitraum für die Testphase des statischen
Koeffizienten durch den Benutzer der Vorrichtung 10 vorbestimmt.
Wenn der statische Reibungskoeffizient der Grenzfläche der
Proben 12, 14 vollständig unbekannt ist, kann der
Benutzer der Vorrichtung 10 iterativ die Proben 12, 14 unter
Verwendung von verschiedenen Zeitdauern für die Testphase des statischen
Koeffizienten von jedem der Läufe
testen, bis der statische Reibungskoeffizient mit wiederholbarer
Genauigkeit bestimmt ist. Wenn die Vorrichtung 10 in einer
Anwendung verwendet wird, wo der statische Koeffizient der Proben 12, 14 bekannt
ist, wie mit zufälligen
Qualitätssicherheitstests,
wird die Länge
der Phase des statischen Koeffizienten des Testlaufs festgelegt,
um eine Aufnahme von Testdaten des statischen Koeffizienten sicherzustellen.
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Während
der Testphase des statischen Koeffizienten des Testlaufs, der oben
beschrieben ist, wird eine Kraft auf den Schlitten 18 stufenweise
bzw. zunehmend aufgebracht. Wenn die Kraft, die auf den Schlitten 18 aufgebracht
ist, langsam erhöht
wird, wird der Schlitten 18 schließlich veranlaßt, sich
linear relativ zu der festgelegten ersten Probe von Blattmaterial 12 und
der Platte 16 zu verlagern. Das Ausmaß an Kraft, das erforderlich
ist, um zu Beginn den Schlitten 18 zu bewegen, ist für den statischen
Reibungskoeffizienten der Grenzfläche der zwei Proben von Blattmaterial 12, 14 bestimmend.
Daten von Kraftmessungen, die auf den Schlitten 18 angewandt wurden,
werden von dem Lastsensor 22 an die zentrale Verarbeitungseinheit 24 über den
Verbinder 84 übermittelt.
Die zentrale Verarbeitungseinheit 24 wertet die gesammelten
Kraftdaten aus und bestimmt den Punkt einer anfänglichen Bewegung des Schlittens 18 durch
ein Identifizieren der größten aufgebrachten
Kraft auf den Schlitten 18. Der Wert der größten Kraft
wird durch die zentrale Verarbeitungseinheit 24 verwendet,
um den statischen Reibunnskoeffizienten zu berechnen. Sobald die
vorbestimmte Länge
der Testphase des statischen Koeffizienten abgelaufen ist, wird
die Testphase des Testlaufs für die
kinetischen Koeffizienten begonnen, wobei die zentrale Verarbeitungseinheit 24 ein
Signal an den Antriebsmechanismus 74 übermittelt, um die Geschwindigkeit
einer Translation des Antriebsarms 20 zu erhöhen und
konstant die angestiegene Translationsgeschwindigkeit des Antriebsarms 20 bis
zum Ende des Testlaufs aufrecht zu erhalten. Der Lastsensor 22 setzt
die Messung von Kräften,
die auf den Schlitten 18 aufgebracht werden, fort und die
gesammelten Kraftdaten werden durch die zentrale Verarbeitungseinheit 24 ausgewertet,
um den kinetischen Reibungskoeffizienten zu bestimmen.
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Aufgrund der Elastizität des viskoelastischen Materials
der Hülse 80 reagiert
der Grad an Steifigkeit beim Eingreifen der Kopplungsglieds 72 und
der Hülse 80 auf
verschiedene Phasen des Testlaufs. Während dem Beginn der Testphase
des statischen Koeffizienten drückt
das Kupplungsglied 72 gegen die Hülse 80. Das viskoelastische
Material der Hülse 80 ist
derart ausgewählt,
daß sich
bei einem anfänglichen
Aufbringen der Kraft das viskoelastische Material geringfügig aufgrund
des Drucks komprimiert, der durch das Kupplungsglied 72 ausgebildet
ist, das gegen die Hülse 80 drückt. Die
geringe Kompression der elastischen Hülse 80 erlaubt eine
Kraft, die zu Beginn stufenweise auf den Schlitten 18 aufgebracht wird,
und vermeidet eine plötzliche
Anwendung von Kraft, was einen Stoß oder einen Schlag auf den Schlitten 18 bewirken
kann und Testergebnisse während
der Testphase des statischen Koeffizienten verzerren kann. Die Komprimierbarkeit
des viskoelastischen Materials der Hülse 80 ist derart
begrenzt, daß,
sobald es nur geringfügig
komprimiert ist, das viskoelastische Material der Hülse 80 im
wesentlichen starr wird. So überträgt während der
Testphase des kinetischen Koeffizienten die Hülse 80, die zum Zeitpunkt
des Eingriffs mit dem Kupplungsglied 72 im wesentlichen
starr ist, direkt die gesamte Kraft, die auf den Antriebsarm 20 wirkt,
durch die Kupplung 76 auf das Kupplungsglied 72 und
dann wiederum auf den Schlitten 18. Folglich ermöglicht es
die Hülse 80, daß die Kupplung 76 halb
steif ist und auf die anfängliche
Testphase des statischen Koeffizienten des Tests und die nachfolgende
Testphase des kinetischen Koeffizienten des Tests reagiert.
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Die Länge des Testlaufs kann in die
zentrale Verarbeitungseinheit 24 ebenso wie die Geschwindigkeiten
der Translation des Antriebsarms 20 eingegeben werden.
Wenn der Schlitten
18 das Ende des Testlaufs erreicht, überträgt die zentrale
Verarbeitungseinheit 24 ein Signal über den Verbinder 86 auf die
reversiblen Anhebe- und Absenkmittel 50, um die Schienen 46, 48 relativ
zu der Platte 16 anzuheben. Wenn der Schlitten 18 den
Testlauf vervollständigt, greifen
die Schienen 46, 48 in die Räder 60 ein und der
Schlitten 18 wird von der Platte 16 angehoben. Wenn
der Schlitten 18 von der Platte 16 angehoben wird,
setzt der Schlitten 18 eine Bewegung in der Testrichtung
fort. Auf diese Weise ist ein "Zurückgleiten" des Schlittens 18 in
einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung des Tests auf jeden
Fall vermieden. Mit den Schienen 45 und 48, welche
sich in einer angehobenen Position befinden, können der Schlitten 18 und
der Antriebsarm 20 für
einen nachfolgenden Testlauf zurückgesetzt
werden.
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Eine Flüssigkeit 91 kann zwischen
den zwei Proben von Blattmaterial 12, 14 zwischengelagert sein.
Beispielsweise kann die Flüssigkeit 91 ein
Gleitmittel sein, um die Wirkung des Gleitmittels auf die Reibungscharakteristika
der zwei Proben von Blattmaterial 12, 14 zu bestimmen.
Wie dies in 8 gezeigt
ist, kann eine seichte Pfanne 93 auf der Platte 16 angeordnet
sein. Die Pfanne 93 ist ausgebildet, um die erste Probe
von Blattmaterial 12 aufzunehmen, und kann entweder an
der Platte 16 (nicht gezeigt) gesichert sein oder sicher
an der Platte 16 durch die Klammer 26 festgelegt
sein. Die Merkmale und die Betätigung
der Vorrichtung 10 sind ansonst exakt wie oben beschrieben.
Alternativ kann in einer zweiten Ausbildung der Erfindung die Vorrichtung 10 verwendet
werden, um die Reibungscharakteristika der Grenzfläche von
Proben von Blattmaterial 14 und der Flüssigkeit 91 zu messen.
Um derartige Ergebnisse zu erreichen, wird nur die Flüssigkeit 91 in
der Pfanne 93 zur Verfügung
gestellt und die erste Probe des Blattmaterials 12 ist
nicht erforderlich. In einer dritten Ausbildung der Erfindung kann
die Vorrichtung 10 die Reibungscharakteristika der Grenzfläche der
Probe des Blattmaterials 14 und der Platte 16 messen.
Obwohl dies in den Figuren nicht gezeigt ist, sind die Merkmale
und die Betätigung
der Vorrichtung 10 exakt wie oben beschrieben mit der Ausnahme,
daß der
Schlitten 18 mit der Probe des Blattmaterials 14 direkt
auf der puren bzw. leeren Platte 16 angeordnet wird.
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Bezugnehmend auf 5–7 kann ein Antirutscharm 94 gelenkig
an dem Antriebsarm 20 in jeder der oben beschriebenen Ausbildungen
festgelegt sein. Der Antirutscharm 94 kann zwei Funktionen ausüben. Zuerst
kann sich ein Anordnungszapfen 96 von der Unterseite des
Antirutscharms 94 erstrecken und angeordnet sein, um mit
einer Anordnungsöffnung 98,
die in der Brücke 70 des
Schlittens 18 ausgebildet ist, zusammenzuwirken bzw. übereinstimmen,
wobei sich der Antirutscharm 94 in einer abgesenkten Position
befindet. Die Registrierung bzw. das Zusammenpassen des Anordnungszapfens 96 und der
Anordnungsöffnung 98 stellt
eine ordnungsgemäße Ausrichtung
des Schlittens 18 relativ zu der Vorrichtung 10 sicher,
wobei das Kupplungsglied 72 mit dem inneren Kanal 82 der
viskoelastischen Hülse 80 ausgerichtet
ist, um einen Kontakt dazwischen zu vermeiden. Vorzugsweise ist
das Zentrum des Kupplungsglieds 72 ausgerichtet, um mit
dem Zentrum des Innenkanals 82 zusammenzufallen. Wie dies
in 6 gezeigt ist, gibt
es, wobei die Schienen 46, 48 in einer abgesenkten
Position sind, keine Übereinstimmung
des Anordnungszapfens 96 und der Anordnungsöffnung 98.
Die Gelenkverbindung des Antirutscharms 94 hält den Arm 94 in
einer beabstandeten Beziehung relativ zu der Brücke 70, wobei sich der
Arm 94 in einer abgesenkten Position befindet.
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Auf diese weise wird eine Verzerrung
von Testergebnissen vermieden, indem eine Anwendung von Kraft auf
den Schlitten nur durch das Eingreifen des Kupplungsglieds 72 und
der Kupplung 76 sichergestellt wird.
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Die zweite Funktion des Antirutscharms 94 ist
es, die lineare Bewegung des Schlittens während des gesamten Testlaufs
sicherzustellen. Wie dies in 7 gezeigt
ist, erstrecken sich nach innen gerichtete Führungszapfen 100 jeweils
von Führungsblocks 102.
Die Führungszapfen 100 sind
angeordnet, um von der Brücke 70 unter
normaler Betätigung beabstandet
zu sein. Jedoch kann eine nicht lineare Translation des Schlittens 18 aufgrund
eines Eingriffs von wenigstens einem der Führungszapfen 100 in
die Brücke 70 vermieden
werden. Das Ausmaß des
Abstands zwischen den Führungszapfen 100 und
der Brücke 70 kann
eingestellt werden, um den erlaubten Bereich einer nicht linearen
Translation des Schlittens 18 zu erhöhen oder abzusenken.
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Als ein zusätzliches Merkmal, welches mit
jeder der oben beschriebenen Ausbildungen verwendet werden kann,
kann die Platte 16 mit einem Heizmechanismus 104 versehen
sein. Bezugnehmend auf 1 kann
der Heizmechanismus 104 in die Bodenoberfläche der
Platte 16 eingesetzt sein. Obwohl der Heizmechanismus 104 nur
in den Figuren unter Bezugnahme auf die erste Ausbildung gezeigt
ist, kann der Heizmechanismus 104 mit jeder Ausbildung der
Erfindung verwendet werden. Der Heizmechanismus 104 kann
jeder konventionelle Heizmechanismus sein, der dem Fachmann bekannt
ist. Das Erhitzen der Platte 16 während einem Testlauf wird es
einem Betätiger
ermöglichen,
nicht nur die Reibungscharakteristika der Grenzfläche zwischen
der Probe des Blattmaterials 14, das auf dem Schlitten 18 festgelegt
ist, und dem Testmedium zu bestimmen, wobei jedoch auch der Betätiger die
Wirkungen von Wärme
auf die Probe von Blattmaterial 14 beobachten kann.